Desenvolvimento de fotoanodos à base de W-BiVO4/ W-BiVO4: V2O5 para geração de energia elétrica em um dispositivo de dois compartimentos

Abstract

A energia solar é um recurso natural e inesgotável, e oferece hoje uma resposta a busca por fontes de energia que forneçam um impacto mínimo ao meio ambiente. A busca por dispositivos que convertam a energia solar em outras formas de energia que possam ser utilizadas leva a estudos relacionados às células fotoeletroquímicas. Neste trabalho objetivou-se a produção de diferentes fotoanodos: W-BiVO4, em diferentes proporções estequiométricas (1:1; 1,5:1; 2:1; 3:1) de síntese entre o Bismuto e o Vanádio; a heterojunção desses materiais e o V2O5; essas heterojunções com uma camadas extra de W-BiVO4 acima do filme. Todos os filmes foram depositados utilizando o método drop casting. Além disso, avaliou-se a sua eficiência frente a uma configuração de célula fotoeletroquímica completa de dois compartimentos em soluções de Na2SO4/Na2SO3 0,5 M e FeSO4/ Fe(NO3)3·9H2O 0,1 M em meio ácido. As propriedades estruturais, morfológicas e ópticas dos fotoanodos foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS), espectroscopia UV-vis. e difratometria de raios X (DRX). O teste de DRX mostrou que para todas as amostras de W-BiVO4 a fase formada foi a monoclínica, como era esperado. A análise pela espectroscopia UV-vis confirmou que o band gap dos materiais estavam de acordo com a literatura. O UV-vis exibiu dados que comprovam que os materiais absorvem luz no espectro do visível, sendo a amostra W-BiVO4:V2O5 (D) a que apresenta a maior banda de absorção, na faixa de 550 nm. Para avaliar o desempenho fotoeletroquímico foram realizados testes de voltametria linear, cronoamperometria, impedância potenciostatica e Mott- Schottky. Dos materiais sintetizados com diferentes proporções de Bi o que melhor apresentou resultados foi o W-BiVO4 (D), proporção estequiométrica de 3:1 entre bismuto e vanádio, com uma densidade de 1,31 mA/cm2. Os resultados mostram que a heterojunção entre os materiais tem o efeito desejado, melhorando aspectos como a separação e o transporte das cargas e evitando a recombinação dos pares fotogerados, a amostra W-BiVO4:V2O5 (D) teve uma densidade de corrente de 4,63 mA/cm2. Com a camada extra a densidade de corrente teve um aumento de 52,7% chegando a valores de densidade de corrente de curto circuito de 8,79 mA/cm2 e uma fotovoltagem de circuito aberto de 0,86 V.Sabendo disso, a heterojunção proposta apresenta-se como material com grande potencial para aplicação em células fotoeletroquímicas.